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第十一届全国摩擦学大会

作者：黄健萌高诚辉福州大学机械工程及自动化学院

本文在考虑材料弹塑性变形、热力耦合、微凸体间的相互作用和摩擦界面摩擦热流耦合等影响下,运用有限元法数值模拟分析了粗糙面/平面间滑动摩擦过程中粗糙实体接触凸点塑性变形随深度的变化情况。发现:由于微凸体形状、大小不同,所承受... 详细信息

本文在考虑材料弹塑性变形、热力耦合、微凸体间的相互作用和摩擦界面摩擦热流耦合等影响下,运用有限元法数值模拟分析了粗糙面/平面间滑动摩擦过程中粗糙实体接触凸点塑性变形随深度的变化情况。发现:由于微凸体形状、大小不同,所承受的外载、瞬时温升、摩擦界面剪切应力等也不同,导致不同接触凸点下的材料塑性变形沿深度分布不同;在滑动瞬间和闪点温度形成时,摩擦表面或离表面一定深度处的塑性变形都明显增大。

关键词：热力耦合粗糙实体等效塑性变形

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软岩长大公路隧道围岩大变形控制措施及其应用

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建筑技术开发 2022年第1期49卷 95-98页

作者：付廷波铁正检测科技有限公司山东济南250014

鉴于四川省长大公路隧道的大变形特征,通过现场技术分析和现场试验研究了控制公路隧道软岩大变形的措施。定量分析表明,使用长螺栓和高强度初期支护,隧道的沉积岩,围岩的收敛性和围岩的等效塑性变形均有一定程度的降低。经高强度刚性支... 详细信息

鉴于四川省长大公路隧道的大变形特征,通过现场技术分析和现场试验研究了控制公路隧道软岩大变形的措施。定量分析表明,使用长螺栓和高强度初期支护,隧道的沉积岩,围岩的收敛性和围岩的等效塑性变形均有一定程度的降低。经高强度刚性支撑、支锚、径向加固注浆、加强锁脚锚杆后,软岩石的变形控制效果很好,但是在地面不会出现异常外观,控制措施是有效的。

关键词：公路隧道软岩大变形收敛性等效塑性变形

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Ni/Cu掺杂CrBN涂层塑性、韧性评价及力学数值模拟分析

Ni/Cu掺杂CrBN涂层塑性、韧性评价及力学数值模拟分析

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作者：周明玲南京航空航天大学

学位级别：硕士

为了避免涂层发生破碎而加剧其磨损,本文提出通过韧性金属Ni/Cu掺杂改性CrBN涂层,旨在提高CrBN涂层塑性、韧性和抵抗裂纹的能力。在45钢和单晶Si(100)片基底上分别沉积了不同Ni含量的Ni/CrBN纳米复合涂层、不同Cu含量的Cu/CrBN纳米复合... 详细信息

为了避免涂层发生破碎而加剧其磨损,本文提出通过韧性金属Ni/Cu掺杂改性CrBN涂层,旨在提高CrBN涂层塑性、韧性和抵抗裂纹的能力。在45钢和单晶Si(100)片基底上分别沉积了不同Ni含量的Ni/CrBN纳米复合涂层、不同Cu含量的Cu/CrBN纳米复合涂层以及不同Ni/Cu比例的Ni-Cu/CrBN纳米复合涂层。利用动态超显微硬度仪评价Ni/Cu掺杂CrBN涂层的硬度、弹性模量、塑性和韧性。涂层的压痕形貌利用扫描电子显微镜(SEM)拍摄,并通过透射电子显微镜(TEM)对三种涂层的微观结构进一步观察。同时利用有限元软件(ABAQUS)模拟Ni/Cu掺杂CrBN涂层的纳米压痕实验过程,重点探究在大载荷以及重复循环加载下,Ni/Cu掺杂CrBN涂层的应力分布、塑性变形以及裂纹情况,比较和分析数值模拟仿真与实验结果以揭示金属Ni/Cu掺杂的作用机理。主要的结论如下:1)Ni/CrBN涂层由Cr N晶体、非晶BN和非晶单质Ni构成。Ni作为一种软金属被掺杂至CrBN涂层中后,涂层的硬度和弹性模量均下降,但是塑性变形能力逐渐增强。低Ni含量下(≤12.54 at.%)的Ni/CrBN涂层在塑性变形能力提升的同时依旧保持30 GPa以上的硬度。在大压深加载下,高Ni(12.62～19.62 at.%)含量掺杂增强了CrBN涂层的韧塑性,所以涂层可以有效抵抗环形裂纹的产生。结合有限元仿真分析可知,影响涂层抗环形裂纹能力主要有三个因素:(1)下沉程度;(2)最大主拉应力分布;(3)塑性变形能力。在循环应力加载下,Ni掺杂量最多的Ni-2.0/CrBN涂层(19.62 at.%)在每次循环时的最大压深以及增长率最大,而下沉程度最低以及等效塑性变形最大使得其抵抗环形裂纹的能力最强。2)Cu/CrBN涂层是由Cr N晶体与非晶BN基质、非晶Cu构成的纳米复合结构。Cu的掺杂导致了CrBN涂层硬度和弹性模量下降,而塑性变形能力提升。由于Cu比Ni的硬度更低,在Ni和Cu掺杂量相近的情况下,Cu/CrBN涂层的硬度下降速率和塑性变形上升速率比Ni/CrBN涂层快;在大压深以及循环应力加载下,Cu/CrBN涂层/基底体系比Ni/CrBN涂层/基底体系内部应力分布更均匀,应变更连续。尤其是高Cu(≥16.05 at.%)含量掺杂的Cu-1.6/CrBN和Cu-2.0/CrBN涂层,其下沉程度更弱,等效塑性变形更大,抵抗环形裂纹能力更强。3)Ni和Cu共掺杂并没有诱发新晶体生成,二者均以非晶单质形式存在,Ni-Cu/CrBN涂层显示出由Cr N晶体和非晶基质组成的纳米复合结构。在低Cu含量(≤7.77 at.%)下,涂层的非晶基质主要包括BN、CrB、Ni和Cu。而在高Cu含量(≥10.69 at.%)下,非晶基质主要包括BN、Ni和Cu。结合有限元仿真分析可知,随着Ni含量的减小和Cu含量的增加,Ni-Cu/CrBN涂层硬度、弹性模量和屈服应力减小,等效塑性变形增大,其力学性能与45钢基底之间的差异逐渐缩小。因此,在大压深以及循环应力加载下,高Cu(≥15.05 at.%)含量掺杂的Ni-Cu/CrBN涂层可以有效抵抗环形裂纹的产生,增强涂层的韧塑性。

关键词： CrBN涂层 Ni掺杂 Cu掺杂韧性最大主应力等效塑性变形

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基体表面粗糙度对HVOF粒子沉积行为的影响

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表面技术 2021年第7期50卷 233-242页

作者：查柏林贾旭东王金金石易昂苏庆东曹晓恬许可俊火箭军工程大学西安710038 火箭军装备部装备项目管理中心北京100085

目的研究超音速火焰喷涂时,45^(#)碳钢基体表面粗糙度对WC-12Co粒子在其表面的沉积变形行为的影响。方法基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析。结果不同45^(#)碳钢基体表... 详细信息

目的研究超音速火焰喷涂时,45^(#)碳钢基体表面粗糙度对WC-12Co粒子在其表面的沉积变形行为的影响。方法基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析。结果不同45^(#)碳钢基体表面粗糙度下,WC-12Co粒子的沉积行为存在明显差异,波峰高度与波谷深度的差异造成粒子不同程度的不规则变形。当基体表面粗糙度Ra=10.26μm时,粒子沉积位置不同将引起粒子最终沉积形貌不同,但粒子的冲击均引起波峰偏移变形,且粒子不同程度地填充弥补波谷。粒子沉积过程中,粒子中下部与粒子先接触基体处的屈服应力、等效塑性应变与温升均高于粒子顶部以及粒子后接触基体处。Ra=0μm时,粒子等效塑性程度最大,等于2.03,此时粒子温度峰值最高为1562 K,粒子-基体结合界面局部区域屈服应力迅速下降为0,但基体变形程度较低,二者结合面积有限,粒子-基体结合强度较弱。Ra=5.34μm时,粒子的屈服应力在非理想平面状态下最为稳定,且等效塑性应变与温升幅度最大,分别为1.83以及1496 K。结论理想表面状态下,粒子屈服应力、等效塑性应变以及温度变化最佳,但粒子-基体结合面积较低,并不利于粒子沉积。非理想表面状态下,一定程度增加Ra,可促进粒子塑性变形,提升粒子温度,增大结合面积,降低粒子屈服应力,但粒子沉积形貌相比理想表面沉积形貌更加多样复杂。此外,过度增加Ra将引起波峰变形偏移,消耗大量粒子动能,粒子主要用于填充弥补波谷,等效塑性变形程度与温升幅度下降,屈服应力增加,不利于粒子沉积。

关键词：超音速火焰喷涂粒子沉积 45^(#)碳钢基体表面粗糙度等效塑性变形屈服应力粒子温度

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水平井分段压裂过程对水泥环完整性影响研究

水平井分段压裂过程对水泥环完整性影响研究

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作者：王笑笑中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

水平井技术是目前提高油气井产量的常用技术手段,通过研究水平井多段压裂过程对于水泥环完整性的影响能够有针对性的提出减小水泥环损坏可能性的措施,从而增加油气井工作寿命,降低油田成本。本文从理论上研究了套管-水泥环-地层系统在... 详细信息

水平井技术是目前提高油气井产量的常用技术手段,通过研究水平井多段压裂过程对于水泥环完整性的影响能够有针对性的提出减小水泥环损坏可能性的措施,从而增加油气井工作寿命,降低油田成本。本文从理论上研究了套管-水泥环-地层系统在非均匀地应力条件下的受力情况;并利用有限元软件和离散元软件对水平井多段压裂工况进行了数值模拟:先利用有限元软件建立有限元模型,得到水泥环在多段压裂过程中塑性区的变化情况,然后利用离散元软件对有限元中塑性变形最大的单元进行分析,得到压裂过程中单元内微裂缝数量的变化。并且通过水泥环塑性区的变化和微裂缝的数量可以一定程度上反映水泥环的完整性。由软件模拟的结果得到:当水泥环内部的应力超过井筒横截面方向的原地应力平均值时水泥环完整性变差;随着套管和水泥环刚度比增加,水泥环完整性会有所增强;套管非均匀系数增加,水泥环的完整性会变差;水平井压裂段数越多,水泥环完整性越差;水泥环存在缺陷会使得其完整性变差。

关键词：水泥环完整性等效塑性变形微裂缝

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